Az erózió és a bentonitos talajjavítás hatásának vizsgálata az ugróvillások közösségeire és a talaj biológiai aktivitására

Átírás

1 Az erózió és a bentonitos talajjavítás hatásának vizsgálata az ugróvillások közösségeire és a talaj biológiai aktivitására Doktori (PhD) értekezés Szeder Balázs Gödöllő 2011

2 A doktori iskola megnevezése: Környezettudományi tudományága: Talajtan, agrokémia, környezeti kémia vezetője: Prof. Heltai György egyetemi tanár Szent István Egyetem Mezőgazdaság- és Környezettudományi Kar Környezettudományi Intézet, Kémiai és Biokémiai Tanszék témavezető: Csákiné Prof. Michéli Erika egyetemi tanár Szent István Egyetem Mezőgazdaság- és Környezettudományi Kar Környezettudományi Intézet, Talajtani és Agrokémiai Tanszék társtémavezető: Dr. Dombos Miklós tudományos főmunkatárs Magyar Tudományos Akadémia Talajtani és Agrokémiai Kutatóintézet Környezetinformatikai Osztály.. Az iskolavezető jóváhagyása. A témavezető jóváhagyása. A témavezető jóváhagyása 2

3 TARTALOMJEGYZÉK 1. BEVEZETÉS, TÉMAVÁLASZTÁS CÉLKITŰZÉSEK IRODALMI ÁTTEKINTÉS A talajok biokémiai tulajdonságai A talaj szervesanyaga Talajdegradációs folyamatok A talajerózió A talaj élőlények Az ugróvillások (Collembola) jelentősége A talajdegradáció és az ugróvillások A földigiliszták (Oligochaeta: Lumbricidae) jelentősége A talajok biodiverzitása és annak társadalmi jelentősége (ökoszisztéma szolgáltatás) Bioindikáció, talajökológiai indikációs eljárások Életközösségek struktúrális leírása Korrelációs vizsgálatok Tolerancián alapuló függvények Táplálékhálózatok ANYAG ÉS MÓDSZER Helyszín A mintaterületek kiválasztásának szempontjai Mintaterületek Józsefmajor Nyíregyháza Mintavételezés módja, kísérleti elrendezés Józsefmajor 1. számú vizsgálat Józsefmajor 2. számú vizsgálat Nyíregyháza bentonit kísérlet Módszerek Az alkalmazott talajfizikai módszerek bemutatása Egyszerűsített nedvesség-visszatartó képesség meghatározása A talaj szerkezetességének meghatározása Az alkalmazott talajkémiai módszerek bemutatása A szántóföldi minták szervesanyag tartalmának meghatározása Walkley-Black módszerével Talajok vizes és kálium-kloridos ph-értékének meghatározása elektrometriásan Kationcsere-kapacitás módosított Mehlich eljárással A vízben oldható szén és a vízben oldható szénhidrátok mennyiségének, valamint az enzimaktivitások meghatározása Az alkalmazott talajbiológiai módszerek, vizsgálatok bemutatása Különböző stratégiákkal rendelkező mikrobák részarányának megállapítása Mikrobiális közösség genetikai diverzitása Az ISO (ugróvillások, földigiliszták, respiráció) módszer tesztelése Az ugróvillások közösségeinek vizsgálata Földigiliszták vizsgálata Adatfeldolgozás Statisztikai eljárás Diverzitás vizsgálata A BSQ Index

4 5. EREDMÉNYEK ÉS ÉRTÉKELÉSÜK Eróziós katéna vizsgálat (Józsefmajor) A Józsefmajorban feltárt négy talajszelvény laboratóriumi adatai és talajtani besorolásai A Józsefmajor katéna területén feltárt négy talajszelvény feltalajának laboratóriumi vizsgálati eredményei Erózió A Józsefmajorban feltárt négy talajszelvény biokémiai vizsgálatainak eredményei Vizsgálat a különböző mikrobiológiai mintatárolási módokról A baktériumok telepképző egységeinek vizsgálata különböző eróziós szinteken A mikrobiális közösség genetikai diverzitása Ugróvillások közösségeinek vizsgálata - Józsefmajor 1. számú kísérlet eredményei A talaj egyszerűsített nedvesség-visszatartó képességének vizsgálata A Kacsinszkíj-féle diszperzitás és a Vageler-féle struktúra faktorokból számolt talajszerkezetesség Az ugróvillások egyedszáma és a talajnedvesség-visszatartó képesség (2005) Ugróvillások fajgazdagsága Ugróvillások közösségeinek vizsgálata - Józsefmajor 2. számú kísérlet eredményei A talaj szervesanyag tartalma és humuszos szintjének mélysége Az ugróvillások egyedszáma Az ugróvillások egyedszáma, összevonva a 2006-os év három évszakából származó eredményeket Ugróvillások fajmeghatározása Az BSQc index alakulása az eróziós katénában Nyíregyháza bentonit kísérlet Fizikai és kémiai paraméterek Bentonit kezelés hatásának vizsgálata az ugróvillások közösségeire Földigiliszta egyedszám, fajösszetétel és biomassza tömeg vizsgálat a SZIE Józsefmajori Tangazdaságában (Eróziós katéna) KÖVETKEZTETÉSEK, JAVASLATOK Új tudományos eredmények Javaslatok a további kutatáshoz ÖSSZEFOGLALÁS SUMMARY MELLÉKLETEK A MELLÉKLET, Irodalomjegyzék.. 98 B MELLÉKLET B1 melléklet: Saját mintákból származó ugróvillások fotói 109 B2 melléklet: Pillanatképek az ugróvillások határozásáról, számlálásáról. 117 KÖSZÖNETNYÍLVÁNÍTÁS 119 4

5 1. BEVEZETÉS, TÉMAVÁLASZTÁS A talajpusztulás megelőzése, mértékének felmérése, illetve a talajok javítása környezetvédelmi és nemzetgazdasági szempontból is fontos. Az EU Talajvédelmi Stratégiája (EC-COM, 2002) megfogalmazta a talajokat fenyegető talajdegradációs folyamatokat, melyek a következők: az erózió, a szervesanyag tartalom csökkenés, a szennyezés, talajlefedés, tömörödés, a talaj biodiverzitásának csökkenése, szikesedés, árvíz és földcsuszamlás. E folyamatok mértékéről és területi kiterjedéséről az EU-ban és Magyarországon nem áll rendelkezésre elegendő adat, ami különösen igaz a talajok biológiai állapotára és biodiverzitására. Az Egyesült Nemzetek Szervezete a 2010-es évet a Biodiverzitás Nemzetközi Évének nyilvánította, ami a téma aktualitását fokozza. Emellett növekszik az igény a talajpusztulással kapcsolatos adatok iránt. Erre vonatkozólag nemzetközi kezdeményezések is indultak, mint például az ENVASSO (ENVironmental ASessment of Soil for monitoring, FP6-SSP-4, No ) projekt, melynek egyik célja olyan biológiai mutatók kiválasztása volt, melyek alkalmasak lehetnek a talajok biológiai leromlásának nyomon követésére. PhD munkám is szorosan kapcsolódik ehhez a projekthez és annak törekvéseihez. A téma aktualitását fokozza az a tény, hogy mezőségi talajaink, melyeken a mezőgazdasági termelés nagy része zajlik, eltérő mértékben leromlott állapotban vannak. A leromlott talajok biológiai sokfélesége is feltehetőleg alacsonyabb. A témaválasztás további oka az, hogy az élő szervezetek központi szerepet játszanak a talaj funkcióiban, valamint a talajt fenyegető veszélyek mind hatással vannak a talajok biológiai sokféleségére, változatosságára. Jelenleg kevés ismeret áll rendelkezésünkre arról, miként reagál a talaj élet az emberi tevékenységre, azonban van néhány olyan környezeti faktor, amely bizonyítottan hatással van a talaj élőlényekre. Ezek a következők: - A talajok szervesanyag tartalma, - A talajok egyes kémiai tulajdonságai (pl: ph, sótartalom), - A talajok fizikai tulajdonságai (pl: porozitás, tömörödés, talajlefedés), - Talajszennyezés. A talajokat fenyegető veszélyek közül a biodiverzitás csökkenésre koncentrálva fő irányvonalként annak vizsgálatát határoztam meg, hogy a talajpusztulásnak milyen mérhető biológiai következményei vannak, milyen biológiai degradációs hatása van. Ennek során fontosnak tartottam kiválasztani az erózió, illetve a talaj fizikai, kémiai degradációját 5

6 jellemző, konkrét, mérhető háttértényezőket, valamint a háttértényezők számszerűen mérhető biológiai válaszát, amelyeket vizsgálok. Az emberi, és/vagy természetes hatásra bekövetkező fizikai degradáció/leromlás összetett folyamat, ami megnyilvánulhat pl.: erózió, vagy tömörödés (eketalpréteg) hatására a talaj szerkezetének, aggregátum stabilitásának leromlásában, ebből adódóan nedvességgazdálkodásának romlásában, a talaj humuszos szint mélységének vagy szervesanyag tartalmának csökkenésében. E háttértényezők is számszerűen kifejezhetők. Arra vonatkozóan, hogy a talajdegradációt milyen biológiai válaszok követik, szintén kevés adat áll rendelkezésre. A lehetséges biológiai válaszokat vizsgálva fontosnak tartottam kiválasztani, hogy mely élőlénycsoportot és annak mely mutatóját vizsgálom. Munkám során az abiotikus és biotikus háttérváltozók, továbbá a földigiliszták egyedszáma és biomasszatömege mint válaszváltozók mellett az ugróvillások (Collembola) strukturális paramétereinek vizsgálatára nagyobb hangsúlyt fektettem. Az élő szervezetek, így az ugróvillások is, központi szerepet játszanak a talaj funkcióiban. A fent megfogalmazott talajt fenyegető veszélyek mind hatással vannak a talajok biológiai sokféleségére, változatosságára. A diverzitás az életközösségek sokféleségét, az azokat felépítő populációk változatosságát, fajgazdagságát, az azonos fajhoz tartozó egyedek előfordulási gyakoriságát fejezi ki matematikai függvények segítségével (Lányi, 1998; Begon et al., 2005). A biodiverzitás tágabb értelmezésben a Földön található élet változatosságát, változékonyságát írja le. Ezen kívül lényeges szempont lehet az ún. ökológiai diverzitás, amely kifejezi, hogy hányféle funkciós csoport, vagyis életforma, anyagcsere típus stb. képviselteti magát a közösségben. Ha a fajok, vagy akár tágabb rendszertani csoportok diverzitásával foglalkozunk, akkor a taxondiverzitás szempontját emeljük ki (Pásztor és Oborny, 2007). A diverzitás és az ökoszisztéma-, valamint anyagforgalmi folyamatok (pl: szervesanyag dekompozíció és mineralizáció, valamint a tápanyagok ásványi formákból való felszabadítása) kiegészítik egymást, mivel az ökoszisztéma folyamatokkal nem írható le a fajok változatossága, és ugyanígy a fajok változatosságával nem kaphatunk közvetlen és valós képet az ökoszisztéma folyamatokról. Mindkettő vizsgálatára szükség van a biodiverzitás csökkenéssel kapcsolatos problémák pl.: a talajlakó életközösségek strukturális és funkcionális kapcsolatának megértéséhez. A Biodiversity Working Group a talaj biodiverzitás csökkenést a következőképpen definiálja: a talajban előforduló élőlények számának, faji összetételének, változatosságának csökkenése, illetve azok tevékenységének minőségi és mennyiségi romlása (Huber et al., 2009). Hazánkban a Talajvédelmi Információs és Monitoring rendszer alkalmaz talajbiológiai 6

7 vizsgálatokat, azonban a talajállatokra vonatkozó módszert nem. Mivel a talajdegradációval kapcsolatos problémákban hazánk is érintett, az erre irányuló kutatásban a talajbiológiai módszerek alkalmazása nélkülözhetetlen és aktuális. 7

8 8

9 2. CÉLKITŰZÉSEK PhD munkám szorosan kapcsolódik az ENVASSO (ENVironmental ASessment of Soil for monitoring) Projekthez ( melynek egyik célja olyan biológiai mutatók kiválasztása volt, melyek alkalmasak lehetnek a talajok biológiai leromlásának nyomon követésére. Ehhez kapcsolódó vizsgálataim egy részét a Magyar Tudományos Akadémia Talajtani és Agrokémiai Kutatóintézetében volt alkalmam elvégezni, mint az ugróvillások mintákból történő izolálása és azonosítása, illetve a mikrobiológiai vizsgálatok. A munkám többi részét a Szent István Egyetem Talajtani és Agrokémiai Tanszékén végeztem. Kutatásom részben egy másik pályázathoz is kapcsolódik, nevezetesen az INDEX (Indicators and Thresholds for Desertification, Soil Quality, and Remediation) Projekthez ( mely az Európai Unió által finanszírozott FP-6-os kutatás, és melynek célja olyan gyors és egyszerű biológiai, kémiai és fizikai indikátorok kidolgozása volt, amelyek jelzik a talajban bekövetkező negatív változásokat, illetve alkalmasak a kijuttatott javítóanyag rövid távú és tartamhatásának nyomon követésére. A talaj leromlás, például a savanyú homoktalajok esetén javítható. Az ugróvillások feltehetően a talajjavítást kísérő fizikai és kémiai változások nyomon követésére is alkalmasak lehetnek. Pl.: a bentonit a talaj fizikai és kémiai tulajdonságaira kedvezően hat (Szegi et al., 2005), mivel nagy mennyiségű montmorillonitot tartalmaz, melynek következtében nagy kationcsere-kapacitással és nedvesség-visszatartó képességgel rendelkezik. Azonban kérdés, hogy az ilyen jellegű kezelés hogyan hat az ugróvillások közösségének struktúrájára, mivel a kijuttatott bentonit valószínűleg lecsökkenti majd a rendelkezésre álló pórusteret. Ehhez kapcsolódóan hipotéziseim és predikcióim a következők: A talajpusztulásnak, a talajeróziónak mérhető talajbiológiai következményei vannak, az ugróvillások fajszáma és egyedszáma csökken; Az ugróvillások egyedszáma szoros összefüggést mutat a talajpusztulás néhány háttértényezőjével: a talaj szervesanyag tartalmával és nedvesség-visszatartó képességével; Mivel az eróziónál a szedimentációs területen magasabb szervesenyag tartalom is előfordulhat, várható, hogy a talajban magasabb ugróvillás egyedszám és fajszám található a feltehetően jobb nedvességgazdálkodás és nagyobb mennyiségben 9

10 rendelkezésre álló tápanyag következtében, azaz a nagyobb humuszos szint mélységgel rendelkező mintahelyek ugróvillás egyedszáma, fajszáma és diverzitása magasabb; A talaj biológiai állapotát jelző index (BSQ: indicator of biological soil quality) az eróziónak kevéssé kitett mezőségi talajon magasabb értéket ad, mint az erodált területen; Savanyú homoktalajon a bentonit, mint talajjavító anyag, adott mennyiségben történő kijuttatása kedvező hatással van az ugróvillások együttesekre, az egyedszámuk nő. Ezek ismeretében célkitűzéseim a következők: Az erózió hatásának vizsgálata a talaj mezofaunájának egyik képviselőjére (Collembola) egy katénában; Összefüggés keresése a talajdegradáció néhány háttértényezője, valamint az ugróvillás és egyéb talajállat együttesek néhány strukturális paramétere között; Az ugróvillásokra vonatkozó öko-morfológiai indexek (EMI: eco-morphological index és BSQ: indicator of biological soil quality) alkalmazása különböző degradáltságú talajokban; A talajban a lebontó enzimek aktivitásának vizsgálata a különbözően degradált területeken; A bentonit, mint talajjavító anyag, hatásának vizsgálata az ugróvillások strukturális paramétereire. 10

11 3. IRODALMI ÁTTEKINTÉS A talaj minőség megőrzésének legalapvetőbb elveit már évszázadok óta ismerik. Sok országban felismerve a talajdegradáció veszélyeit nemzeti talajvédelmi programokat indítottak el. A talaj a bioszféra nagy kiegyensúlyozó képességgel rendelkező eleme, amely egy bizonyos határig képes mérsékelni, tompítani a különböző, természeti tényezők által kiváltott stresszhatásokat. Egyre fenyegetőbbek és súlyosabbak azonban az ember által okozott különböző károk. Az elmúlt években világméretű program (GLASOD, Global Assessment of Soil Degradation) mérte fel a talajdegradációs folyamatokat, azok kiterjedését, súlyosságát és fontosabb okait (Oldeman et al., 1990). Az antropogén hatások által előidézett talajdegradációra vonatkozó jelenlegi regionális és globális becslések azt mutatják, hogy a több millió hektárnyi, használatban lévő földterület termőképessége az évek során folyamatosan csökken. Mindez a világ termékeny talajainak ökológiai összeomlásához vezethet. Ebben a fejezetben áttekintésre kerülnek a talajpusztulás szempontjából fontos független, illetve háttérváltozók, abiotikus és biotikus faktorok, majd az ebből következő válaszváltozók, nagyobb hangsúlyt fektetve az ugróvillásokra, melyek a mezofauna képviselői A talajok biokémiai tulajdonságai Ebben az alfejezetben a talajokban lezajló biokémiai folyamatok áttekintésére kerül sor, melyek között a szervesanyag képződés, illetve a különböző enzimaktivitások különös jelentőséggel bírnak, amikor a talajok biológiai aktivitásáról szeretnénk képet alkotni. Mérsékelt éghajlati övben az év folyamán két évszakban biológiai stop léphet fel, ez télen a fagy, nyáron a szárazság miatt következik be. Ez a jelenség az élőlények elsősorban a mikroorganizmusok aktivitásának csökkenését okozza, mivel az elegendő talajnedvesség létfontosságú számukra. Száraz időszakban, amikor a mikroorganizmusok tömegesen pusztulnak el, a belőlük felszabaduló enzimek biológiailag ellenőrizetlen folyamatokat eredményeznek (pl.: humuszképződés). Ezt nevezzük biokémiai szakasznak. A biológiai szakaszban több nedvesség van, gátolt a humuszképződés, mivel az vízkilépéssel (kondenzációval) járó folyamat. Ebben a szakaszban a mikroorganizmusok elszaporodnak. A mezőségi talajokon végzett vizsgálatok során a fent említett szempontok figyelembevétele 11

12 nagyon fontos, mielőtt bármilyen következtetést vonnánk le (Szabó, 2008). Maire és munkatársai (1999) hasonló kérdéseket vizsgáltak meg mezőségi talajokon. Vizsgálataik alapján a talajok két fő szervesanyag lebontási stratégiával rendelkeznek: Enzimatikus vagy biokémiai stratégiai szakasz: A talajban lévő szabad enzimek aktivitása tél végén éri el a maximumát, amikor a talajélőlények számára a legkedvezőtlenebb a környezet. Biológiai stratégiai szakasz: A talaj mikrorganizmus közösségeinek diverzitása tavasszal a legmagasabb, amikor összetett szénforrások állnak rendelkezésre. A fauna és mikróflóra aktivitása nyár vége felé bizonyult a legmagasabbnak. A talajokban elkülönítünk biológiailag ellenőrzött és spontán biokémiai folyamatokat. A biológiailag ellenőrzött folyamatok alatt, többek között az élő szervezetek közreműködésével létrejött folyamatokat értjük, míg a biológiai kontroll alól mentes, spontán folyamatok például a tömegesen elpusztult mikroorganizmusokból kiszabaduló, de még aktivitásukat megőrző szabad enzimek által katalizált folyamatok (Szabó, 2008). A talajban előforduló enzimeket három fő csoportba sorolhatjuk: Endocelluláris enzimek: szaporodó vagy vegetáló mikrobasejtek, aktív növényi gyökerek, illetve a mikro- és mezofauna élő tagjaiban lévő nem szabad enzimek. Extracelluláris enzimek: a környezetbe folyamatosan leadott, valódi szabad enzimek, főleg gyökerekből és mikrobákból származnak. Akkumulálódott enzimek: a talajban korábbról akkumulálódott valódi szabad enzimek (nem biológiai enzimek), melyek az ásványi és szerves komponensek felületén irreverzibilisen kötődnek. Ezen belül két változat ismert: a mikroorganizmusok sejtalkatelemeihez kötötten, vagy nem sejtalkatelemekhez kötődve (pl.: szervetlen alkotórészekhez). Jelenleg nincsenek módszerek, melyekkel a fent említett kategóriákba tartozó enzimaktivitásokat elkülönítsük. Nem tudjuk például, hogy a mért enzim aktivitásának hányad részét teszi ki nem szabad és hányad részét valódi szabad enzim aktivitás. Általában meghatározott szubsztrátra ható, adott talajenzim totális aktivitását mérjük. Ez esetben a reakcióközeghez sejtoldó vegyületet (pl.: toluol) adunk, amely elősegíti az endocelluláris enzimek felszabadulását (Szabó, 2008). 12

13 A dehidrogenáz enzim oxidoreduktáz enzimnek tekinthető. Aktivitásának mérése során a 2,3,5 trifenil-tetrazolium-klorid trifenil formazánná redukálódik, majd extrahálják és spektrofotometriásan mérik. A talaj mikrobiális aktivitását jól kifejező index. A dehidrogenáz főleg intracelluláris formában van jelen, így várhatóan korrelációt találunk a baktériumok által történő O 2 felvétel, ill. CO 2 leadás és a dehidrogenáz aktivitás között (Garcia, 1997). A kataláz enzim az oxidoreduktáz enzimekhez tartozik. Elsősorban az aerob mikrobiális aktivitás indikátora, mely összefüggésben van a mikrobák számával és szaporodóképességével (Garcia, 1997). A szubsztrátként adott urea (karbamid) fogyásából, vagy az ureából lehasított CO 2, ill. NH + 4 mennyiségének mérése alapján állapítják meg az ureázaktivitást. Az ureáz a hidrolázok közé tartozik. Aktivitása korrelál a szervesanyag tartalommal, a talajmélységgel csökken. A talajureáz stabilitása erősen függ attól, hogy a talaj szerves alkatelemeivel komplexet képezhet-e vagy sem. Ha a szerves kolloidális mátrixhoz kötődik, stabil marad. N-körforgalomban játszik szerepet (Garcia, 1997). A foszfatáz szintén a hidrolázok közé sorolható, mely a szerves foszfor mineralizációját katalizáló extracelluláris enzim, baktériumokból, gombákból, protozoákból, vagy gyökerekből származik. A foszfatázaktivitás nagyságrendjét egyesek a talaj szervesfoszfor-készletének nagyságával egyenesen arányosnak találták, mások ezt cáfolták (Szabó, 2008). A β-glükozidek hidrolízisét katalizálja, szintén hidroláz. A C ciklusban játszik szerepet és indikálja a talaj potenciális kapacitását a szerves anyag lebontó képesség szempontjából A talaj szervesanyaga A szervesanyag minősége és mennyisége kulcsfontosságú szerepet tölt be a talajállatok, ezen belül az ugróvillások életében. Biológiailag két fő részre osztható a talaj szervesanyaga. A nagyobbik a passzív (humuszanyagok) frakció és a kisebbik, ún. aktív, vagy labilis rész. Az aktív frakción belül a vízben oldható szén (WSC Water Soluble Carbon) és szénhidrátok (WSCh - Water Soluble Carbohydrate) energiaforrást jelentenek a mikroorganizmusok számára és kifejezik az ökoszisztéma energiaszolgáltató képességét. Egyes szerzők szerint ezért a labilis frakció jól indikálja a talaj potenciális mikrobiális aktivitását. A degradáció nagyságával fordítottan 13

14 arányos a szervesanyag labilis vagy aktív frakciójának mennyisége. Ezt befolyásolja a növényi lefedettség (Garcia, 1997). A talajok szervesanyag tartalma befolyásolja a képződő aggregátumok tartósságát. Volk és Hensel (1969) homoktalajok esetében beszámol arról, hogy a szervesanyag bevonatok a homokszemcsék felületén nagyban hozzájárulnak a szerkezetképződéshez. Greenland és munkatársai (1975) megfigyelték homoktalajokban, hogy 2% alatti szerves szén-tartalom esetében a talaj aggregátumok nem stabilak. Ugyanakkor 2% szervesanyag tartalomig a szervesanyag tartalom növekedésével a talajok szerkezetképződése rohamosan növekszik (Marshall et al., 1996). A szervesanyagon túl a szerkezetképződést nagyban befolyásolja a szervesanyag minősége is, ami meghatározza töltését, komplexképző képességét, lebomlási sebességét, amelyek közvetve, de hatással vannak az aggregálódásra. A nem stabil szervesanyagok gyors, bár nem tartós kötéseket alakítanak ki, ezzel szemben a lassabban lebomló szerves anyagok lassabban alakítják ki a szerkezetet, de az jóval tartósabb lesz. Bronick és Lal (2005) ezt azzal magyarázza, hogy így több idő jut a mikroorganizmusok élettevékenységére, ami folyamatos szénhidrát és poliszacharid termeléssel jár és ezzel a szervetlen felszíneken adszorbeálva kötőanyagként viselkednek A talajdegradációs folyamatok A talajdegradációs folyamatok a talaj minőség és termékenység csökkenésével járnak együtt és a talaj anyagforgalmának kedvezőtlen megváltozását jelentik különösen az intenzíven művelt, illetve az intenzív mezőgazdasági tevékenység után sorsára hagyott talajok esetén (Garcia, 1997). Következményei: - a talaj funkcióiban beálló zavarok, - a talajökológiai feltételek romlása, - a talajtermékenység csökkenése, - kedvezőtlen feltételek a technológiai műveletek energiatakarékos elvégzéséhez, - nagyobb termelési ráfordítások, - káros környezeti mellékhatások. 14

15 A biológiai és biokémiai paraméterek, például: ATP (szint), respiráció vagy talajlégzés, a biomassza-szén mérésére alkalmas oxidoreduktáz és hidroláz enzim aktivitás stb. a talaj biológiai állapotát jelző biomarkerek (Frankenberger, 1983). Ezek hűen tükrözik a talajok mikrobiális dinamikájának aktivitásszintjét, ami szoros korrelációt mutat a talaj termékenységével, tehát alacsonyabbak, csökkentek a degradálódott talajokban, így a talajdegradáció biomarkereinek tekinthetők. Ezen paraméterek eltérésének okai degradált talajok esetén főleg az alacsony szerves anyag, tápanyag és mikrobiális aktivitási szint. A mezőségi talajokra jellemző a kedvező, morzsalékos szerkezet kialakulása, a humuszanyagok felhalmozódása és a kalciummal telített talajoldat kétirányú mozgása (Stefanovits, 1992). A mezőségi talajok a legtermékenyebb talajoknak tekinthetők, azonban a nem megfelelő mezőgazdasági tevékenységeknek köszönhetően többé-kevésbé leromlott állapotban vannak. Nagy részüknél megtalálható a poros felszíni szint, a művelési talp réteg, melyek a degradáció első jelei. A szerkezet rehabilitációja nehezen megoldható rövid idő alatt. Várallyay (1984) a következő degradációs formákat különítette el: (1) Víz és szél okozta talajerózió (on-site, off-site hatások, talaj lehordás, szedimentáció) (2) Talajsavanyodás. (3) Sófelhalmozódás, szikesedés. (4) Fizikai degradáció (talajszerkezet leromlás, tömörödés, cserepesedés, felszín eliszapolódás). (5) A talaj vízháztartásának/gazdálkodásának szélsőségessé válása. (6) Biológiai degradáció (kedvezőtlen mikrobiológiai folyamatok, szervesanyagkészlet csökkenés, biodiverzitás csökkenés) (7) A talaj tápanyagforgalmának kedvezőtlen irányú megváltozása. (8) A talaj pufferképességének csökkenése, talajmérgezés, toxicitás. (9) Szennyezés. Az EU Talajvédelmi Stratégiája által megfogalmazott talajt fenyegető tényezők összhangban vannak a Várallyay által megfogalmazott degradációs formákkal. Ezen folyamatok mértékéről és területi kiterjedéséről az EU-ban és Magyarországon nem áll rendelkezésre elegendő adat, ami különösen igaz a talajok biológiai állapotára és biodiverzitására. Az erre vonatkozó információhiány betöltésére voltak kezdeményezések 15

16 hazánkban és az EU-ban is. Nemzetközi vonatkozásban az ENVASSO projekt keretein belül a biodiverzitás csökkenéshez kapcsolódóan három fő indikátor került kiválasztásra, az ugróvillások ( a földigiliszták és a mikrobiális respiráció. Hazai viszonylatban jelenleg nincs országos léptékű monitoring rendszer, mely a talajállatokat, mint indikátorokat alkalmazná. A Talajvédelmi Információs és Monitoring Rendszer jelenleg a következő biológiai vizsgálatokat alkalmazza (TIM módszertana): Celulózbontó aktivitás MSZ Dehidrogenáz aktivitás MSZ / CO 2 produkció rövid inkubációs idejű meghatározása A talajerózió Talajeróziónak nevezik a csapadékvíz felszíni, ritkábban felszín alatti pusztító tevékenységét. Főleg a felszínen lefolyó csapadékvíz erózióját nevezték talajeróziónak, de kutatások bizonyították, hogy az esőcseppek felszíni becsapódása (csepperózió), és a talajban szivárgó víz oldó hatása (oldásos erózió) is okoz szerkezetrombolást, illetve anyagveszteséget, ezáltal csökkenve a talaj termőképességét (Brady és Weil, 1999). Régen a deflációt (szélerózió) is ide sorolták. A növényzettel nem borított talajfelület az erózió hatásának nagyobb mértékben van kitéve, amit a domborzati viszonyok (pl. meredek lejtők) fokoznak. Megkülönböztetünk természetes és emberi tevékenység hatására kialakult eróziót. A természetes erózió esetén az elhordott anyagot a kőzetek mállási terméke pótolja, és természetes vegetáció mellett egyensúlyi állapot alakul ki. A folyamat lassú, a változások hosszú idő után érzékelhetők, pl.: hegyek lepusztulása, homokdűnék kialakulása. Emberi tevékenység hatására (helytelen talajművelés, legeltetés) az egyensúlyi állapot megbomlik, a lejtőn lefolyó víz több talajt ragad magával, mint amennyi a mállással pótlódni tud (gyorsított erózió). Hazánkban az erózió által veszélyeztetett területek nagysága 2,3 millió ha. Víz által okozott talajpusztulás, hazánkban a termőterület 17%-át érinti. A talaj eróziós veszteségét a természetes talajképző folyamatok nem tudják pótolni. Pusztító jellegű folyamatok összessége, amikor a felszínről elfolyó és lejtőn lerohanó víz magával sodorja a talaj felső termékeny humuszos rétegét. Hatására a humuszos réteg elvékonyodik vagy eltűnik, amely a talaj termékenységét is negatívan befolyásolja. 16

17 Kialakulásában szerepet játszó természeti tényezők: sok, hirtelen leeső csapadék, heves esőzés, hirtelen hóolvadás lejtős domborzati viszonyok (befolyásol a meredekség, hosszúság, alak, kitettség) növényborítottság hiánya - fedetlen talajfelszín kedvezőtlen vízgazdálkodási tulajdonságok (gyenge víznyelő- és vízáteresztő képesség, felszín közeli vizet kevésbé áteresztő réteg) leromlott, elporosodott talajszerkezet kedvezőtlen talajnedvességi állapot (száraz talajfelszín, jelentős csepperózió, talajmorzsák szétesése) talajfelszín érdessége Emberi tevékenység: okszerűtlen területhasználat nem megfelelő művelési ág és vetésszerkezet (erdőkivágás erózióval erősen veszélyeztetett területen, kapás növények termesztése) túl nagy vagy túl keskeny táblaméret nem megfelelő agrotechnika (hegy-völgy irányú művelés) Csapadék és lejtőviszonyok: Az esőcseppek nagysága elérheti a 8 mm-t is, de általában az 5 mm-nél nagyobb cseppek szétszóródnak. Az eső eróziós hatása a cseppnagyság és az esési sebesség függvénye. A hevesség és intenzitás az időegység alatt hulló csapadékmennyiséget fejezi ki mm/min egységben. A hevesebb esőnél a felszínen felgyülemlett víz a lejtő irányában talajrészecskéket sodorhat magával. A csapadék tartama a csapadékhullás idejét fejezi ki. A hosszabb ideje hulló eső feltölti a talajt, a további csapadékot már nem tudja fogadni, víz a lejtő irányába elmozdul. A lejtők a vízgyűjtők oldalait képezik, meredekségükkel, hosszúságukkal, alakjukkal és kitettségükkel hatnak a talajpusztulásra. A sík, vagy hullámos felszínalakulat, meredeksége nem haladja meg az 5%-ot. A felületi víz elmozdulása, energiája csekély, ritkán lép fel felületi rétegerózió. Enyhén lejtős az 5-12 %-os meredekségű felszín, a felületi víz elmozdul. Közepes 17

18 lejtésű a 12-17%-os lejtésű terület. Itt a talajok vízelnyelése már nem elegendő a teljes csapadékmennyiség talajba juttatására, a keletkező lefolyás felgyorsul. Erősen lejtős területeken a lejtési százalék 17-25%, mind a felületi vízlepel, mind az erekben egyesült vízfolyások energiája jelentősen nagyobb. Meredek lejtőkön a lejtési százalék 25%-nál nagyobb, ahol a legnagyobb a talajpusztulás veszélye. A lejtő alakja is nagymértékben befolyásolja az erózió mértékét: egyenletes, homorú, domború és összetett lejtők. A lejtő kitettsége: egy-egy területen a csapadék általában azonos irányú széllel érkezik. Az erózió fajtái: csepperózió, vonalas erózió, rejtett-, lepel-, barázdás-, árkos-, vízmosásos erózió, szedimentáció, eliszaposodás, feliszapolás (Brady és Weil, 1999). Fontos megemlíteni Kerényi Attila munkásságát a hazai a talajerózióra vonatkozó vizsgálatok kapcsán (Kerényi, 1991). A talajerózió becsléséhez leggyakrabban használt modell a WISCHMEIER és SMITH (1965, 1978) által megjelentetett egyetemes talajvesztési egyenlet (USLE = Universal Soil Loss Equation). A modell segítségével készített talajveszteség becslés részletes leírása megtalálható Centeri (2002) munkájában A talaj élőlények A talaj élőlények összessége (talaj bióta) a föld biológiai motorjának tekinthető. Szabályozza a tápanyagkörforgalmakat, fontos szerepet játszik a nedvesség tárolásában és szállításában, a biotikus szabályozásban és a detoxifikációban, befolyásolja a talaj struktúráját, az atmoszféra összetételt (Ritz et al., 2004). A talajban igen változatos élőlény közösségek találhatók, melyek eltérő biokémiai teljesítőképességű szervezetekből állnak. A talaj élőlényközösségén belül tömeg szerint a legnagyobb frakciót képviselő szervezetek a mikroorganizmusok. Ezek jelentős része inaktív állapotban van, mely egy sokoldalú biokémiai kapacitást jelent. E potenciál kis része érvényesül a talajban, vagyis azok a mikroorganizmusok lépnek aktivitásba és szaporodnak, amelyek számára az adott környezeti állapot kielégítő. A gerinctelen és gerinces állatok tömeg és egyedszáma jóval alacsonyabb, azonban a közösségi anyagcserében betöltött szerepük nagy pl.: mint dekomponáló szervezetek. Ezen belül az ízeltlábúak (ászkarákok, százlábúak, ugróvillások, stb.) a növényi és állati maradványok, gombák fogyasztásával, aprító tevékenységükkel, illetve ürülékük, mint mikroszkopikus szerves struktúrák segítik a 18

19 baktériumok hozzáférését, ásványosító munkáját. A földigiliszták szerepe az aprítás mellett a talaj levegőzöttségének segítése. Ürülékükkel egy speciális anyagot, biokémiai cementtel összetartott koprogén aggregátumokat szolgáltatják, amelyek stabilitása a vízerózióval szemben nagy (Szabó, 2008) Az ugróvillások jelentősége Az ugróvillások különleges állatoknak tekinthetők. Több mint hatezer fajuk ismert a világon. Ökonómiai jelentőségük: az ugróvillások főleg gombafonalakkal vagy bomló növényi maradványokkal táplálkoznak. A mikorrhizák növekedésének, illetve gombabetegségek szabályozásában játszanak hasznos szerepet (Seres et al., 2003). Néhány faj, mint pl. Sminthurus viridis az élő növényi részekkel táplálkozik, így kártevővé is válhat. Vannak ragadozók is közöttük, melyek fonálférgekkel, kerekesférgekkel, vagy más ugróvillásokkal táplálkoznak (Hopkin, 2002). A relatíve alacsony biomassza tömegük ellenére az ugróvillások rendkívül fontos pozitív szerepet játszanak a talaj struktúrájának kialakulásában néhány talaj esetén. Pl.: az alpesi rendzinák olyan cm mélységű sötét humuszos szinttel rendelkeznek, mely majdnem teljesen az ugróvillások ürülékéből alakult ki (Hopkin, 2002). A legtöbb ilyen talaj több millió darab Collembola ürüléket tartalmaz négyzetméterenként. Dekompozícióban betöltött szerepük a legtöbb ökoszisztémában nagyon jelentős. Leginkább a gombafonalak fogyasztásával valósul meg. Bizonyos létszám felett a gyökereken található mikorrhizák fogyasztásával képesek stimulálni a szimbiontákat és intenzívebb növekedésre késztetni a növényt. Más körülmények között a kártevő gomba fogyasztásával redukálhatják a növényi betegséget (Hopkin, 2002; Brady és Weil, 1999). Hazánkban az ugróvillásokkal kapcsolatos kutatás 120 éve kezdődött. Tömösvári Ödön 1883-ban írta le a Sminthurus maculatus nevű Collembola fajt, melyet manapság is a Duna-Tisza köz egyik jellemző ugróvillás fajaként tartanak számon (Tömösvári, 1883). Hazánk Collembola faunájának feltárásában ki kell emelni Loksa Imre munkásságát, aki hazánk több tájegységében elsőnek dolgozta fel ezt az állatcsoportot. 19

20 A talajdegradáció és az ugróvillások A talajdegradációs folyamatokat többnyire biológiai degradáció, például fajgazdagság csökkenés is követheti (Gardi et al., 2002). A talajfauna fontos szerepet tölt be a biomassza lebontásában, a talaj ásványi és szerves anyagának összekeverésében, a talajszerkezet kialakulásában, illetve egyéb folyamatokban, amelyek befolyásolják az egészséges talajfunkciók kialakulását (Szabó, 2008). Larsen et al. (2004) laboratóriumi körülmények között azt vizsgálták, hogy a talajtömörödés hogyan hat a talajlakó (euedafikus) ugróvillások egyedszámára. Itt fontos megemlíteni, hogy Larsen et al. (2004) megkülönböztetnek talajfelszínen élő, ún. epiedafikus és talajban élő ún. euedafikus ugróvillásokat. Megállapították, hogy a talaj szerkezete és a pórustér csökkenése (a durva pórusok />120 μm/ számának csökkenése) a két meghatározó paraméter a talajlakó ugróvillások egyedszámánál. Megállapították, hogy a talajban lejátszódó fizikai degradációs folyamatokat többnyire biológiai degradáció (egyedszám csökkenés) is követheti. Didden (1987), Hopkin (1997) és Joosse (1981) vizsgálatai alapján a talajlakó ugróvillások egyedszámát befolyásolják a következő fizikai paraméterek: a talaj pórusainak mérete, száma, a járatrendszerek összeköttetése, a nedvességtartalom és a hőmérséklet. Bakonyi és Kiss (1995) néhány környezeti hatást (növényborítottság, talaj nedvességtartó képesség, és különböző műtrágyák /KNO 3 és NH 4 Cl/) vizsgált az ugróvillások és az atkák denzitására vonatkozóan, üvegházban felállított mezokozmosz kísérletekben. Azt találták, hogy a műtrágyák mennyisége és minősége egyaránt szignifikánsan befolyásolta az atkák és az ugróvillások denzitását. A növényzet hiánya, vagy jelenléte, illetve a talaj nedvességtartalma észlelhető különbségeket adott az ugróvillások és az atkák denzitásában. Az ugróvillások nagyobb denzitást mutattak a magasabb nedvességtartó képességű talajoknál (Dombos, 2001). A talajban és a talajfelszínen rendelkezésre álló szervesanyag is nagymértékben befolyásolja az ugróvillások létfeltételeit. Eaton et al. (2004) vizsgálatai alapján az ugróvillások befolyásolják az avar lebontást, ebből következően az adott terület produktivitását. A szervesanyag, illetve avar, továbbá a vegetáció eltávolítása szignifikánsan csökkentette az ugróvillások populációit. A homoktalajok nagy pórustérrel rendelkeznek a finomabb szövetű talajokhoz képest (Várallyay, 1984), így ebből következően más ugróvillás fajösszetétel jellemző rájuk. Hornung (1986), Loksa (1987), valamint Traser és munkatársai (1993) vizsgálatokat folytattak a Kiskunsági Nemzeti Park homoktalajain található ugróvillás faunára vonatkozóan. 20

21 Az ugróvillások feltehetően a talajjavítást kísérő fizikai és kémiai változások nyomon követésére is alkalmasak lehetnek. Pl.: a bentonit a talaj fizikai és kémiai tulajdonságaira kedvezően hat (Szegi et al., 2005), mivel nagy mennyiségű montmorillonitot tartalmaz, melynek következtében nagy kationcsere-kapacitással és nedvesség-visszatartó képességgel rendelkezik. Azonban kérdés, hogy az ilyen jellegű kezelés hogyan hat az ugróvillások közösségének struktúrájára, mivel a kijuttatott bentonit valószínűleg lecsökkenti majd a rendelkezésre álló pórusteret. Maire és mtsi. (1999) magas agyagtartalommal, alacsony mezoporozitással rendelkező talajokon vizsgálták a talajélőlények, köztük az ugróvillások közösségeit. Ez a talajkörnyezet kedvezőtlenül hatott az ugróvillások közösségeire, mivel az alacsony mezoporozitás miatt a dekompozíciós folyamatok gátoltak. Néhány biokémiai paramétert is vizsgáltak, mint például ATP tartalom, foszfatáz és ureáz enzim aktivitás. A különböző mintaterületeken vizsgált biokémiai háttérváltozók a talaj fizikai és kémiai tulajdonságaival, háttérváltozóival szoros összefüggést mutattak. Például az agyag-humusz komplexeket jellemző paraméterek, mint C-, N-, agyagtartalom és kationcsere-kapacitás, a legtöbb biokémiai változóval szoros összefüggésbe hozhatók. Nemcsak az abiotikus tényezők (talajnedvesség, tömörödés), hanem a biotikus tényezők is, mint például a mikrobiológiai aktivitás is fontos ökológiai szerepet játszanak a talajfauna kialakulásában. E tényezők megfelelő vizsgálata jó alapot nyújthat a talaj biológiai állapotának felmérésében. Szintén Maire és mtsi. vizsgálták a CO 2 ATP arányt. Ha ez a paraméter magas, arra utal, hogy nagy mennyiségű, egyszerű, könnyen felvehető szénforrással rendelkezik, ami segíti az r-stratégista baktérium populációk növekedését, amely a magasabbrendű talajállatok aktivitását is serkenti (Insam és Haselwandter, 1989). Más vizsgálatok is alátámasztják, hogy a biológiailag hozzáférhető szervesanyag szoros összefüggésbe hozható a CO 2 produkcióval (Qualls és Hainess, 1992; Zsolnai és Görlitz, 1994; Ross et al., 1995). A talajok biológiai vizsgálata kapcsán itt fontosnak tartom még megemlíteni Fehér Dániel erdőmérnök, mikrobiológus, növényfiziológus, botanikus nevét. A mikroorganizmusok élettanával kapcsolatos talajbiológiai kutatásaival nemzetközi hírnevet szerzett. A talajélet mezőgazdaságban betöltött fontosságáról már 1938-ban is írt (Fehér, 1938). Az ő nevéhez fűződik a Talajbiológia c. könyv is, mely 1954-ben jelent meg (Fehér et al., 1954). 21

22 Földigiliszták (Oligochaeta: Lumbricidae) jelentősége Az avarbontó állatoknak az egyes talajtípusokban mind mennyiségi, mind minőségi vonatkozásban más-más csoportjai kerülnek dominanciára és irányítják a szervesanyagdestrukciós folyamatokat. Közöttük éppen a talajosodás szempontjából a földigilisztáknak van döntő fontosságuk. A földigilisztákat életmódjuk szerint három csoportba oszthatjuk: 1. bomló szerves anyagokon élők, amelyek avarban, szerves hulladékokban, korhadó fákban stb. találhatók; 2. mélyben aknázók, amelyek táplálékukat csak a talaj felszínén fogyasztják, azonban a talajban mélyre hatoló járatokat építenek ki; 3. az ásványi talajszintek lakói, járatrendszereik cm-nél mélyebbre nem hatolnak (Szabó, 2008). A földigiliszták tápláléka főleg holt szerves anyagokból és mikroorganizmusokból áll. Zöld földfelszíni növényi részeket csak ritkán fogyasztanak. Izmos keményfalú gyomrukban táplálékukat mintegy szétmorzsolják, aminek során a felvett ásványi részecskék is fontos örlő szerepet játszanak. Bélnedveikből proteázokat, lipázokat, szacharázt, amilázt, kitinázt, és cellulázt mutattak ki. Éhezéskor a Lumbricus polyphemus (erdei giliszta) egyedei akár 40 %- os testtömeg veszteséget is elszenvedhetnek. Hazánkban széles körű vizsgálatokat folytak a különböző talajtípusok földigilisztaállományainak kvalitatív és kvantitatív felmérésére. Érdekes, hogy a hazai talajok két legnagyobb testű, és egyébként táplálék konkurens faja a Lumbricus polyphemus (erdei giliszta) és a Dendrobaena p. montana együttesen sehol sem jelentkezik, de még a harmadik nagytestű avarlebontó, a kozmopolita Lumbricus terrestris (közönséges földigiliszta) társaságában sem találhatók. Az egyes talajokban egyébként a földigilisztáknak általában mindhárom bemutatott életformatípusát képviselő fajok előfordulhatnak, ezek összműködése teszi hatékonnyá a talajosodást (Szabó, 2008). Zicsi (1974) hazánkban széleskörű vizsgálatokat folytatott a különböző talajtípusok földigiliszta-állományainak kvalitatív és kvantitatív felmérésére. A földigiliszták is befolyásolják az ugróvillások egyedszámát, aktivitását, mivel a talaj szerkezetére, annak tápanyagtartalmára is hatással vannak. Wickenbrock és Heisler (1997) a földigiliszták aktivitásának hatását vizsgálták az ugróvillás fajok gyakoriságára. Azt találták, hogy a földigiliszták jelenléte kedvező hattással van az ugróvillások egyedszámára. 22

23 3. 5. A talajok biodiverzitása és annak társadalmi jelentősége (ökoszisztéma szolgáltatás) Hosszú időbe tellett, míg a biodiverzitás megőrzésének fontossága és az ezzel kapcsolatos értékek nemzetközi vonatkozásban elfogadottá váltak. Az ezzel kapcsolatos koncepció is főleg az esztétikai és turisztikai aspektusokra korlátozódott. Ez a helyzet az 1992-es Rio de Janeiro-i Biodiverzitás Államközi Egyezmény (International Convention on Biodiversity in Rio de Janeiro) után megváltozott. Ez az egyezmény az első olyan világos referencia, amely a fajok értékeiről beszél, és nem csupán a turisztikai értékeket veszi figyelembe (Hagvar, 1998). A biodiverzitás az élő szervezetek és ökológiai rendszerek közötti és bennük lévő változatosság, változékonyság összessége: ökoszisztéma vagy közösség diverzitás, faj diverzitás, és genetikai diverzitás (Heywood és Baste, 1995; US Congressional Biodiversity Act). A diverzitás az életközösségek sokféleségét, az azokat felépítő populációk változatosságát, fajgazdagságát, az azonos fajhoz tartozó egyedek előfordulási gyakoriságát fejezi ki matematikai függvény segítségével (Lányi, 1998). A talajok az ökoszisztéma egy igen bonyolult és összetett szerkezetű részét képezik a maguk sajátos élővilágával és feltehetőleg a legnagyobb fajgazdagságú szárazföldi ökoszisztémák közé tartoznak (Wolters, 2001). Ha a talaj definícióját tágabban értelmezzük és figyelembe vesszük az ahhoz közvetlenül kapcsolódó élőhelyeket, mint például avar, vagy bomló fás maradványok, az itt található talaj élőlény közösségei a legnagyobb diverzitású közösségeknek tekinthetők, és a szárazföldi állatok jelentős része megtalálható bennük. Az elmúlt húsz év alatt egyre inkább felismerték, hogy a talaj fauna mennyire fontos szerepet tölt be a talaj funkcióiban, és agronómiai alkalmazásra is számos példa van (Lavelle et al., 1999). Annak ellenére, hogy a talaj fauna ökológiai fontosságában általánosan egyetértés van, szembetűnően kevés említést kapnak a természetvédelemben (Wolters, 2001). Decaëns és munkatársai (2006) egy áttekintő cikkben leírták a talaj fauna értékeit különböző szempontok alapján. Szerintük, ahogy sok természetvédelmi biológus is tartja, minden faj rendelkezik alapvető értékkel, ami független a gazdasági vonatkozásoktól. Ez erkölcsi megfontoláson alapul. Emellett a fajok rendelkeznek közvetett és közvetlen használati értékekkel amelyeket Decaëns és mtsi. (2006) részletesen tárgyalnak. A talajlakó élőlények nélkülözhetetlen szerepet játszanak az elemek (C, N, P stb.) körforgásában és a talaj szerkezetének stabilizációjában. A szerves anyag mineralizációját, 23

24 mely metabolikus folyamatok széles sorát foglalja magába, nagy mikroorganizmus közösségek végzik. Emellett a talajban lezajló dekompozícióban a talajlakó állatok kulcsszerepet töltenek be. Ezért nagyon fontos összefüggésbe hozni az ökoszisztéma struktúráját és funkcióját a fajokkal, illetve a funkcionális diverzitással (Wellington, 2002). A mikrobiális működésbeli diverzitás vonatkozik mind a szubsztrátfelhasználás arányaira mind a specifikus szubsztrátfelhasználás jelenlétére vagy hiányára. A diverzebb rendszer feltehetően produktívabb, fenntarthatóbb, zavaró tényezőkkel szemben ellenállóbb, megújuló képessége jobb (Ritz, 2004). Az élőlények diverzitásának csökkenése mely szorosan összefügg a talaj degradációval redukálhatja a talaj funkcionalitását különösen, ha az érinti a kulcsfontosságú fajokat, mint például: nitrifikáló baktériumok (Anton, 2004). A talaj ökológiai funkcióinak középpontjában tehát a biológiai úton közvetített folyamatok állnak. A talaj biotikus aktivitása a hajtóerő az exogén növényi maradványok és az antropogén depozíciók lebontásában, feldolgozásában, a szerves anyag átalakításában és a talaj szerkezetének kialakításában, fenntartásában. Ebből következően a biodiverzitás megőrzése az egyik legfontosabb talajvédelmi stratégia (EEA, 2001). Ehhez kapcsolódó kezdeményezésnek tekinthető a BioBio (Indicators for biodiversity in organic and low-input farming systems) EU FP7 projekt, amely tudományosan megalapozott indikátorok kiválasztását tűzte ki célul a biodiverzitásra vonatkozóan, az ökológiai gazdálkodásban illetve, kis ráfordítást igénylő gazdálkodási rendszerekben (BioBio, 2008). Négy fő indikátor csoportot különítettek el: közvetett, genetikai, faj, élőhely. A csoportokban kiválasztásra került indikátorok kiértékelésre kerültek alkalmazhatóságuk, információ tartalmuk, gazdaságosságuk alapján. Az emberi társadalom a természet adta változatos javakra (élelem, növényi rostok, építőanyagok, tiszta víz, levegő, éghajlat-szabályozás) támaszkodik. Ezen javak mennyisége és minősége nagyban függ a talaj állapotától és a talaj biodiverzitásától (EC-COM, 2010). A 2010-es évet a biodiverzitás évének nyilvánították, ezzel hangsúlyt fektetve arra, hogy mennyire fontos talajok biodiverzitásának megőrzése, melytől függ az emberi társadalom jóléte is. Ez az Európai Bizottsági jelentés azzal a céllal készült, hogy megfeleljen egy kettős törekvésnek, a talaj és biodiverzitás megörzésének (EC-COM, 2010). 24

25 3. 6. Bioindikáció, talajökológiai indikációs eljárások Bioindikátor definíciója: egy élőlény, vagy szervezet, annak egy bizonyos része, terméke (pl.: enzim) organizmusok összessége, vagy egy biológiai folyamat, mely felhasználható arra, hogy információt nyerjünk egy adott környezet egészének, vagy egy részének egészségi állapotáról, minőségéről (Huber et al., 2009). Ahhoz hogy az adott mezőgazdasági, az ember által használt városi, a féltermészetes és természetes élőhelyeken meg tudjuk határozni az ökológiai egyensúly, a fenntartható fejlődés peremfeltételeit, azaz a megengedhető környezeti terhelések szintjeit, szükséges meghatározni a talajokban élő életközösségek emberi behatásra adott ökológiai válaszait, megadva azok mértékét is. A talajökológiai indikációs eljárások az élőhelyeken fellépő degradatív folyamatokat teszik mérhetővé (Dombos, 2000). A bioindikáció a talajban élő életközösségek ökológiai minősítésén alapul. A biodiverzitás megőrzéséhez kapcsolódóan szükséges a bioindikációs eljárások fejlesztése. Az utóbbi tíz évben több országban köztük Németország, Ausztria, Franciaország, Svédország, Görögország a talajvédelmi monitoring rendszereket talajökológiai elemekkel egészítették ki. Több európai szintű szervezet (pl.: EEA) és program létezik, melyek a talajállapot jellemzésének módszertanát illetve az indikációs eljárást a DPSIR (Driving forces, Pressures, State, Impact, Responses = ható tényezők, terhelések, állapot hatás meghatározása és az adott válaszok együttes kezelése) rendszer alapján határozták meg (OECD, 2003). Az ökológiai indikáció definiálását Juhász Nagy (1986) végezte el. Az indikáció egyfajta jelzést jelent. Miután az ökológia vizsgálati tárgya az életközösségek, vagy azok elemei a populációk, a jelzésnek ezekre a biológiai entitásokra kell, hogy vonatkozzanak. Tehát minden esetben az életközösség egy bizonyos ökológiai állapotát kell jelezni, valamely abiotikus, vagy biotikus környezetéhez való viszonyának adott állapotát mint környezeti hatást kell értékelni, és nem fordítva. Nem a környezeti paraméter adott értékét próbáljuk mérni valamely biométer szerint, azt sokkal egyszerűbben és pontosabban lehet mérni fizikai kémiai módszerekkel. Gyakorlati szempontból elsősorban az életközösségek ökológiai állapotáról szeretnénk informálódni, az eddig bekövetkezett, vagy ezután bekövetkezendő környezeti változások életközösségekre gyakorolt hatását szeretnénk megbecsülni. A jó indikátor ismérve, hogy sokatmondó, erős, könnyen mérhető és értelmezhető (Zsolnay et al., 2002). A biológiai indikátorok korán figyelmeztethetnek a rendszer összeomlására, így az irreverzibilis károsodás előtt reagálhatunk. Számos probléma övezi a 25

26 biológiai jelzőrendszerek használatát a talaj egészségi állapotára vonatkozóan. Azonban a modern technika új metodikákat nyújt, és szemléletmódbeli változást tesz lehetővé, melyek véglegesen felülkerekednek a nehézségek egy részén. Ez okból kifolyólag megalapozott az a törekvés, hogy a mikrobiális aktivitás, tágabb értelemben a biológiai aktivitás használható kutatási eszközként, mely segítségével felmérhetjük a mikrobiális funkcionális diverzitást, tanulmányozhatjuk a biokémiai folyamatokat, a mikrobiális ökológiát és indikátorokat nyerhetünk a talajdegradációra, illetve az azt okozó hatásokra vonatkozóan, mely különösen nagy jelentőséggel bír mezőségi talajaink esetében Életközösségek struktúrális leírása Az ökológiai indikáció megközelítéseiben három fő csoportot különíthetünk el. Elsőként a szünbiológiai egységek strukturális jellemzése alapján kísérelték meg a biológiai entitások ökológiai indikációját. Itt az adott élőhelytípus jellemző fajaihoz kapcsolnak indikátor értékeket. Ide sorolhatóak a vegetációkutatás, továbbá a gerinctelen állatokon végzett közösségszerkezet leírások. A közösségszerkezetek leírására a sokváltozós statisztikai leíró elemzéseket különböző klasszifikációs és ordinációs eljárások és a diverzitási mintázatok leírását használják. Korábban maga a statisztikai elemezhetőség is problémát okozott, a permutációs eljárások alkalmazásával azonban már a sokváltozós kísérleti elrendezésekben is lehetséges hipotézisek statisztikai tesztelése (Slauson et al., 1994). Azonban miután nagyon bonyolult rendszereket vizsgálnak, a mintázatelemzés hatásfoka limitált. E munkák szinte kizárólag megfigyeléses vizsgálatokra szorítkoznak, csak ritkán manipuláltak környezeti változókat, ezért ok okozati összefüggések bizonyítására nem alkalmasak. Ha felállítanak hipotézist, akkor azok a természetes folyamatok által befolyásolt kísérleti elrendezéseken alapulnak, ahol egyrészt több környezeti változó együttes változását kell kielemezni, másrészt a kísérleti elrendezés terepen nem volt alakítható a hipotézishez. E módszerek fejlesztése folyamatos átmenetet biztosított a második csoportba sorolt korrelációs ökológiai vizsgálatok felé. A lebontók között a makrofaunában elsősorban a csigák (Gastropoda), a mezofaunában az ugróvillások (Collembola) és az atkák egyes csoportjai (pl. Oribatida), a mikrofaunában a fonálférgek (Nematoda) rendelkeznek magas fajszámmal, amely alkalmassá teszi e csoportokat közösségi indikációs rendszerekben való 26